水下机械手轨迹规划及控制仿真研究.pdf

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1、第33卷第08期计算机仿真2016年8月文章编号：l006—9348(2016)08一0306一05水下机械手轨迹规划及控制仿真研究张钰1’2，张奇峰1，孙斌1(1．中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：在水下机械手精度优化控制的研究中，目前水下机械手大多采用主从伺服位置控制方式，作业精度低，难以满足高精度水下自主作业的应用要求。为了解决上述问题，以七功能水下电动机械手为研究对象，研究了一种通过力传感器感知机械手末端位置控制输出误差并在线调整的轨迹规划算法。通过对比相同控制

2、器下的仿真，结果表明，力感知在线规划下的机械手末端位置偏差明显小于无力感知离线规划。改进方法通过在线调整规划轨迹，可以有效减小机械手末端位置偏差，将机械手内部力调整至较小范围内，有效提高了机械手和作业目标的精度。关键词：水下机械手；在线轨迹规划；接触力中图分类号：’rP241．3文献标识码：BStudyontheTrajectoryPl锄lning锄dControlSimlllation0fUnderwaterM锄iplllatorzHANGYul’-，zHANGQi—fen一，suNBinl(1．r11leStaleKeyLak劬珂ofRoboti

3、cs，Sheny蚰gImtituteofAutom撕on，ChineseAcademyofSci∞ces，b∞IlingSheny蚰g110016，ClIi髓；2．UIliVe璐it)，0fChjne鸵AcademyofScie眦es，Bei_jing100049，CtIina)ABSTRACT：CurrenⅡy，m蹈ter—shve∞rvop∞itioncontmlmodeismosⅡyadoptedinunde嗍term蚰iptIlato璐．DIletothelowopemtingprecision，itisdi仿clIltt0meettlle陀

4、qui陀memsofhighpreci8ionunderwaterauton咖ousope豫tion．InoIdertosolvetlIeprobl锄，wepmp∞ed蚰oIllimadjustmempm挚猢inga190ri山minwhichaforcese璐orw鹊usedtome鹅uretllecommle眦《tllem明iplllatorendbytakinga7一functionllrIderwaterelectricma-nipulator鹊researchobject．ThemaIlipul8torendpositionen．or0ft

5、lIefbrcesensing伽dinepl枷ngw够8m8ⅡertlIanthatoftheno—forcesensingominepl粕JIing，comp丽ngthesimlIlmi∞resIIltsundert}les蛐econtmUer．Bythead-justmentofoTllinetrajectorypl枷Ilg，themet}lodc粕胡＆tivelyreducet}IemarIipIllatorendpositionen_0r蚰dadjusttlleintemalforcetoasmaⅡmnge，whichp】慨tstlleope

6、ratingtargetandmafIipulatore珏＆tively．KEYWO如S：Underwater蛐mipIll砒or；0rdinetmjectorypl觚ning；Contactfbrcel引言水下机械手具有良好的密封性和灵活性，能够代替人类在水下环境中工作¨。J，比如拧螺栓、打开盖板或对接工件等。目前水下机械手主要采用的主从伺服控制方式作业精度低，控制误差较大，容易造成工件或机械手关节的损坏，难以实现真正意义上的自主作业。为了提高作业精度，一般通过机械手加装力传感器形成带有力反馈机制的闭环控制方基金项目：国家863计划资助项目(201

7、2AA091101)收稿日期：2015一09一lO修回日期：2015一lO一28—306一式，比如阻抗控制、力一位混合控制、顺应控制等。如美国的R印tor机械手在腕关节处加装了力传感器形成带有力反馈的闭环伺服控制。另外，国内外许多工业机器人也普遍采用上述方式来提高作业精度。不同于传统的基于力反馈的闭环控制，本文结合水下作业任务，将机械手腕部力感知信息用于判断机械手末端控制输出误差，并将力反馈信息用于机械手在线轨迹规划的研究中，实现PID控制方式下的较高作业精度。2七功能水下电动机械手如图l所示，本文的研究对象是由中国科学院沈阳自动化研究所研究设计的七

8、功能水下电动机械手。该机械手具有六个自由度，分别是肩关节摆动和俯仰、肘关节俯仰和回转、腕关节俯仰和回转，另外